Операционная система
Содержание
Операционная система — это важнейшая часть системного программного обеспечения, которая организует процесс выполнения задач на ЭВМ, распределяя для этого ресурсы машины, управляя работой всех ее устройств и взаимодействием с пользователем. Иными словами, это своеобразный администратор компьютера, распределяющий его ресурсы так, чтобы пользователь мог решать свои задачи максимально эффективно. (Ресурсами компьютера являются процессорное время, память всех видов, устройства ввода/вывода, программы и данные.)
Роль операционной системы (ОС) можно наглядно представить себе с помощью следующей схемы. В центре ее изображен собственно компьютер, точнее, его аппаратная часть. Внешней оболочкой является разнообразное программное обеспечение, позволяющее пользователям решать свои прикладные задачи. ОС организует совместную работу двух указанных составляющих. Дополнительный слой нужен, поскольку невозможно заложить в аппаратную часть информацию обо всех существующих внешних устройствах; кроме того, новое устройство может быть изобретено уже после изготовления компьютера! Отсюда очевидно, что загружаемая (а следовательно, изменяемая) программная часть, обеспечивающая работу компьютерной аппаратуры, совершенно необходима.
Существование операционной системы очень облегчает разработку нового программного обеспечения. Все наиболее часто встречающиеся при работе с аппаратной частью задачи сконцентрированы в ОС. Поэтому программисту уже не требуется заботиться об отдельных технических деталях — достаточно просто обратиться к соответствующей функции операционной системы. Приведем простой частный пример. Если бы об этом не заботилась ОС, каждая программа должна была бы самостоятельно проверять наличие дискеты в дисководе при записи информации или факт подключения принтера перед печатью на бумагу. И таких ситуаций существует великое множество.
Но наличие операционной системы удобно не только программисту, но и пользователю. Поскольку на современных компьютерах диалог с ним ведется именно средствами ОС, то интерфейс во всех программах получается примерно одинаковым (см. “Пользовательский интерфейс”). Поэтому, освоив управление несколькими программами в современной ОС типа Windows, пользователь может довольно быстро научиться работать даже с совершенно новой для него программой.
Таким образом, мы видим, что операционная система решает целый комплекс важных задач по управлению компьютером. ОС современного компьютера выполняет следующие функции.
· Организация согласованного выполнения всех процессов в компьютере. Планирование работ, распределение ресурсов.
· Организация обмена с внешними устройствами. Хранение информации и обеспечение доступа к ней, предоставление справок (см. “Файлы и файловая система”).
· Запуск и контроль прохождения задач пользователя.
· Контроль за нормальным функционированием оборудования. Реакция на ошибки и аварийные ситуации.
· Обеспечение возможности доступа к стандартным системным средствам (программам, драйверам, к информации о конфигурации и т.п.).
· Обеспечение общения с пользователем (см. “Пользовательский интерфейс”).
· Сохранение конфиденциальности информации в многопользовательских системах (см. раздел 8).
Операционные системы появились не сразу — на первых машинах в них не было необходимости. Толчком к созданию ОС послужило появление магнитных дисков (достаточно сложных в программном обслуживании устройств), а также необходимость повышать эффективность работы машин коллективного пользования: поддержка одновременного выполнения нескольких заданий и связанное с этим разделение между ними ресурсов, включая время счета. Первые управляющие программы для пакетной обработки заданий появились в конце второго поколения, а большие многопользовательские ЭВМ третьего поколения без ОС уже фактически не использовались.
Первые операционные системы для микроЭВМ четвертого поколения (CP/M, MS-DOS, Unix) вели диалог с пользователем на экране текстового дисплея. Это был в полном смысле слова диалог, в ходе которого человек и компьютер по очереди обменивались сообщениями. Такие системы в литературе принято называть ОС с командной строкой (см. “Пользовательский интерфейс”).
Очевидно, что подобный способ общения не очень удобен для человека, поскольку требует постоянно держать в голове жесткий синтаксис всех допустимых команд и очень внимательно их вводить. Поэтому почти сразу же стали появляться сервисные системные программы, тем или иным способом облегчающие работу с ОС. Наиболее ярким примером таких программ-оболочек может служить широко известный Norton Commander, который был настолько распространен, что многие пользователи искренне считали его частью системы MS-DOS.
Развитие графических возможностей дисплеев привело к коренному изменению принципов взаимодействия человека и компьютера. Командная строка была вытеснена графическим интерфейсом, когда объекты манипуляций ОС изображаются в виде небольших рисунков, а необходимые действия тем или иным образом выбираются из предлагаемого машиной списка — так называемого “меню”. При подобном методе диалога набор текста полностью отсутствует. Существенным дополнением к графическому способу ведения диалога явилось появление нового устройства ввода информации в компьютер — манипулятора “мышь”, без которого сейчас просто невозможно представить современный компьютер. Примерами операционных систем с графическим интерфейсом служат довольно похожие ОС: Mac OS, OS/2 и Windows. Семейство ОС Unix, будучи классическим образцом систем с командной строкой, в настоящее время приобрело мощные графические надстройки типа KDE, Gnome и другие, что также сделало их вполне конкурентоспособными с точки зрения удобства работы пользователей.
Состав операционных систем может быть разным для различных систем. Так, для “классических” ОС с командной строкой довольно четко выделяются три основные части:
· машинно-зависимая часть для работы с конкретными видами оборудования;
· базовая часть (ядро), не зависящая от конкретных деталей устройств: она работает с абстрактными логическими устройствами и при необходимости вызывает функции из предыдущей части; отвечает за наиболее общие принципы устройства ОС;
· программа ведения диалога с пользователем (ее часто называют командным процессором).
Значительная часть операционной системы находится в памяти постоянно, что обеспечивает ее эффективную работу. Программы для некоторых редко используемых операций типа форматирования дискет чаще всего оформляются в виде самостоятельных служебных программ и хранятся на внешних носителях. Такие программы обычно называют утилитами. Кроме того, в ОС, как правило, включают небольшой стандартный набор самого необходимого программного обеспечения, например, простейший текстовый редактор.
Состав операционных систем с графическим интерфейсом заметно шире, но в целом имеет похожее строение.
Методические рекомендации
Куср информатики основной школы
Одна из методических трудностей в преподавании этой темы заключается в том, что многие школьники, имеющие дома компьютеры, считают себя знатоками операционной системы. Можно попробовать продемонстрировать, что их представление об операционной системе как о средстве диалога с пользователем весьма неполно (см., например, перечисленные выше функции ОС).
Очень важно при изучении темы объяснить и показать школьникам наиболее распространенные приемы работы с файлами, поскольку на практике встречаются пользователи, испытывающие, например, затруднения при копировании файлов.
Курс информатики в старших классах
Стандарт особо выделяет вопросы, связанные с операционными системами и их многообразием, поэтому в старших классах необходимо рассматривать материал достаточно глубоко.
Помимо повторения чисто практических навыков, крайне желательно привести знания учеников в определенную систему. Современные ОС имеют вполне определенную логику построения и, в частности, являются объектно-ориентированными системами: все манипуляции с информацией производятся над объектами, каждый из которых имеет имя, значок и свойства. Хорошее изложение объектно-ориентированного подхода к работе в среде Windows дается в книгах Ю.А. Шафрина.
